DATA DATA PADRÃO SUBESTAÇÕES DE 500 kv PROJ: DEEC/SETEM 08/2007 ROTEIRO DE CÁLCULO - DIMENSIONAMENTO CONFERIDO:

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1 N DISCRIMINAÇÃO DAS REVISÕES DATA CONFERIDO DATA APROVAÇÃO APROVAÇÃO D ES DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DO SISTEMA ELETROSUL CENTRAIS ELÉTRICAS S.A. DATA DATA PADRÃO SUBESTAÇÕES DE 500 kv PROJ: DEEC/SETEM 08/2007 ROTEIRO DE CÁLCULO - DIMENSIONAMENTO CONFERIDO: DE BATERIAS CHUMBO-ÁCIDAS REGULADAS POR APROVADO: VÁLVULA E CARREGADORES 125 Vcc ESC DES: S R-A Fl. 1/10

2 Í N D I C E 1. OBJETIVO DOCUMENTOS E NORMAS DE REFERÊNCIA CRITÉRIOS BÁSICOS CICLO DE DESCARGA CONDIÇÕES DIAGRAMA CARGAS COMPONENTES DO CICLO DE EMERGÊNCIA Cargas Momentâneas Cargas Permanentes Cargas de Tempo Limitado SOLICITAÇÃO DAS CARGAS CARGAS MOMENTÂNEAS (IM) CARGAS PEMANENTES (IP) Iluminação de Emergência Anunciadores Oscilógrafo Painéis Equipamento Carrier Sistema Digital CARGAS DE TEMPO LIMITADO (IT) LEVANTAMENTO DE CARGAS CAPACIDADE DAS BATERIAS DIMENSIONAMENTO DOS CARREGADORES DADOS BÁSICOS CONDIÇÕES DE CARGA Normal Emergência Fórmulas...9 de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 2

3 1.OBJETIVO Fornecer critérios e roteiro de cálculo a serem observados no dimensionamento das baterias chumbo-ácidas reguladas por válvula e carregadores para as subestações de 500 kv da ELETROSUL. 2.DOCUMENTOS E NORMAS DE REFERÊNCIA ABNT-NBR Acumulador chumbo-ácido estacionário Diretrizes para dimensionamento S Roteiro de cálculo Dimensionamento de baterias chumbo-ácidas e carregadores 125 Vcc; 3.CRITÉRIOS BÁSICOS a. Os serviços auxiliares de CC serão supridos por dois conjuntos de baterias e carregador que serão dimensionados para atendimento às cargas correspondentes à etapa final prevista para a subestação. b. Cada bateria deverá ser capaz de atender a metade das cargas de CC em um ciclo de 5 horas. c. As baterias terão as seguintes características técnicas principais: - Tensão nominal Vcc - Tensão máxima consumidor V - Tensão mínima consumidor V - Número de elementos Tensão final pro elemento... 1,75 V - Tensão de flutuação (ajustável ao tipo de fabricante) V - Tensão de recarga (ajustável ao tipo de fabricante)... a tensão de flutuação - Capacidade... (a ser calculada no item 7) d. A tensão de descarga admissível será 1,75 V por elemento, ou seja, no final do ciclo de descarga a tensão nos bornes da bateria será de 105 Vcc (60 x 1,75). Supõe-se que a faixa de tensões permissíveis para operação satisfatória dos equipamentos alimentados pelo sistema de CC esteja entre 90 e 140 Vcc, sendo no entanto adotado como tensão mínima 105 V, a fim de introduzir uma margem de segurança ao projeto e compensar as quedas de tensão nos alimentadores mais distantes. e. Cada carregador terá capacidade para carregar um banco de baterias durante o regime de flutuação e de carga respectivamente. f. Para conversão das cargas em Ampères, deverá ser considerada a tensão média por elemento de 1,9V e para a bateria 1,9 x 60 = 114V. Assim temos: I = W V = W 114 0,009 x W onde W é o valor da carga em Watts. de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 3

4 4.CICLO DE DESCARGA 4.1. Condições O ciclo de descarga a ser considerado, será aquele constituído pela condição mais desfavorável para a subestação, que corresponde a um defeito nas fontes de alimentação dos serviços auxiliares, com disparo dos disjuntores do barramento principal. Embora os arranjos padronizados sejam, disjuntor e meio (500 kv), barra principal e transferência e barra dupla a quatro chaves (230kV, 138 kv e 69 kv) o ciclo de descarga a ser considerado será o mesmo. Serão admitidas as seguintes condições: a. Disparo simultâneo de todos os disjuntores da área solicitada (230 kv, 138kV ou 69kV) ou disparo dos disjuntores do barramento mais solicitado (500 kv) (como não ocorre o disparo simultâneo de todos os disjuntores de todos os pátios da SE, considera-se o pátio que configura a maior carga para as baterias); b. Durante a falta de CA dos Serviços Auxiliares, o Grupo Diesel falha na partida automática, e portanto toda a iluminação de emergência será suprida pelas baterias; c. Os equipamentos de comunicação e proteção estarão ligados durante a emergência; d. Serão consideradas duas tentativas de recomposição do sistema (fechamento dos disjuntores de alta tensão do pátio e serviços auxiliares), com sucesso na segunda tentativa Diagrama OBS: O perfil de descarga das baterias mostrado no diagrama foi definido em comum acordo entre o Departamento de Engenharia (DES) e o Departamento de Operações (DOS) da ELETROSUL, de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 4

5 com base nos critérios adotados pelo DOS/ONS para os procedimentos de recomposição do sistema Cargas Componentes do Ciclo de Emergência Cargas Momentâneas Estas cargas correspondem à fase iniciada com o disparo simultâneo de todos os disjuntores do barramento solicitado, com duração aproximada de 01 (um) minuto, sendo consideradas as seguintes: a. Pico inicial referente ao disparo dos disjuntores (considerado a totalidade dos disjuntores do barramento que configurar na maior carga para a bateria); Cargas Permanentes Estas cargas correspondem à fase empregada na identificação da anormalidade e compreendem os equipamentos que devem operar durante todo o período de emergência. As cargas a serem consideradas nesta fase são: a. Iluminação de emergência; b. Equipamento carrier (onde aplicável); c. Sinalização e/ou releamento dos painéis; d. Oscilógrafos; e. Anunciadores f. Sistema digital Cargas de Tempo Limitado Estas cargas correspondem à fase de tentativa de recomposição do sistema, com a tentativa de fechamento dos disjuntores críticos. As cargas a serem consideradas nesta fase são: a. Fechamento dos disjuntores críticos do pátio e cubículos de 13,8 kv; b. Fechamento dos disjuntores de 480 V do painel de serviços auxiliares. 5.SOLICITAÇÃO DAS CARGAS 5.1. Cargas Momentâneas (Im) Disparo simultâneo de disjuntores de uma mesma tensão. Deverá ser escolhido, o setor ou barramento da subestação que mais solicite a bateria, adotando o consumo definido pelos fabricantes dos equipamentos, ou se o fabricante for desconhecido, adotar os maiores valores típicos dos disjuntores disponíveis no mercado Cargas Pemanentes (Ip) de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 5

6 Iluminação de Emergência a) Casa de controle quando não houver estimativa, adotar 3000 W; b) Casa de relés quando não houver estimativa, adotar 200 W; c) Casa do diesel 200 W Anunciadores a) Ponto acesso 4W x 10% do número de pontos. Ponto apagado 1W x 90% do número de pontos. b) Número de pontos será definido conforme a seguir: - Equipamento de pátio: Transformador (banco ou Unid. Trif.)...27 Reator (banco)...15 Disjuntor...5 Sistema anti-incendio...4 Sistema ar comprimido Painéis: Carrier...4 Tom...16 Oscilógrafo...3 Serviços Auxiliares...50 Benchboard ou duplex 230, 138, 69kV Oscilógrafo Quando não houver definição quanto ao número de oscilógrafos que serão instalados na SE, deverá ser considerado 1 por até 10 bays de linha, com consumo de 575W Painéis Painéis 500 kv Quando não houver definição quanto ao número e consumo dos painéis que serão instalados na SE, deverá ser considerado consumo unitário de 60W (0,5A) por painel e o número de painéis definidos a seguir: Proteção de linha ou transformador... 2 Proteção de falha de disjuntor...1 (por vão ou conjunto de 3 DJ s) Proteção diferencial de barras... 2 Controle e medição...1 (para cada 2 bays de linha ou trans.) Localizador de defeito... 1 Medição de faturamento... 2 Registradores gráficos... 2 Anunciador geral... 1 Oscilógrafo... 1 Baixa tensão de serviços auxiliares... 7 Cubículos média tensão de serviços auxiliares Painéis 230 kv e abaixo Quando não houver definição quanto ao número e consumo dos painéis que serão instalados na SE, deverá ser considerado consumo e número de painéis definidos a seguir: de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 6

7 a) Considerar 50W (0,5A) por painel Benchboard ou Simplex e 100W (0,9A) por painel Duplex b) Número de painéis: Proteção de 2 linhas ou de linha e transformador... 1 (duplex) Proteção diferencial de barras... 1 (duplex) Controle para linha ou transformador... 1 (Benchboard) Controle para o interligador de barras... 1 (Benchboard) Medição de faturamento e totalizadores... 1 (duplex) Baixa tensão serv. aux. p/ 2 linhas ou p/ linhas e transf (simplex) Cubículos média tensão de serviços auxiliares Equipamento Carrier Quando houver carrier na subestação, considerar um consumo contínuo de 0,5 A por LT, operando com equipamento carrier, em sistema de bloqueio Sistema Digital Quando não houver definição quanto ao número de computadores e monitores que serão instalados na SE, deverá ser adotado no mínimo 01 (um) computador industrial e 02 (dois) monitores LCD Cargas de Tempo Limitado (It) Adotar a maior solicitação de corrente para o fechamento dos disjuntores críticos, considerando o consumo previsto pelos fabricantes ou se o fabricante for desconhecido, adotar os maiores valores típicos dos disjuntores disponíveis no mercado. 6.LEVANTAMENTO DE CARGAS Para o cálculo das correntes momentâneas (Im), permanente (Ip) e com tempo limitado (It), previstas no ciclo de descarga da bateria, deverá ser preenchido o quadro de acordo com exemplo a seguir: OBS: Observar que as correntes Im, Ip e It correspondem, respectivamente, as correntes momentânea, permanente e de tempo limitado do barramento de 125 Vcc completo. 1. Cargas momentâneas (Im) Descrição das cargas Quant. unitária (W) total (W) Equivalente em amperes (W x 0,009) Disparo disjuntores 500 kv: Corrent e bobina número bobinas número de disjuntores Corrente total Disparo disjuntores 230 kv: Corrent e bobina número bobinas número de disjuntores Corrente total Disparo disjuntores 138 kv: de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 7

8 Corrent Corrente e bobina bobina Corrente bobina Corrente bobina Disparo disjuntores 69 kv: Corrent e bobina número bobinas número de disjuntores Corrente total Im 0 2. Cargas Permanentes (Ip) Descrição das cargas Quant. unitária (W) total (W) Equivalente em amperes (W x 0,009) Iluminação de emergência - Casa de controle Iluminação de emergência Casa de relés Iluminação de emergência - Casa do diesel Anunciadores: - Equipamentos de pátio - Painéis Painéis: - Painéis 500 kv - Painéis 230 kv - Painéis 138 kv - Painéis 69 kv - Cubículos - Painéis serviços auxiliares Equipamento Carrier Sistemas digitais Oscilógrafos 3. Cargas de tempo limitado (It) Descrição das cargas Quant. unitária (W) total (W) Ip 0 Equivalente em amperes (W x 0,009) Fechamento de disjuntores: - Fechamento dos DJ críticos de 500 kv: - Fechamento dos DJ críticos de 230 kv: - Fechamento dos DJ críticos de 138 kv: - Fechamento dos DJ críticos de 69 kv: - Fechamento de DJ 15 kv (3 DJ's): - Manobra de DJ 480 V (3 DJ's): It 0 O valor das correntes do ciclo de descarga de cada bateria deverá então ser calculado por: Im + Ip I1 = 2 de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 8

9 Ip I 2 = 2 Ip I 3 = + It 2 OBS: a expressão de I3 é válida supondo os disjuntores com 2 bobinas de desligamento e cujas correntes de fechamento são componentes fixas de uma das baterias. Para os disjuntores ou parte dos disjuntores com apenas uma bobina de desligamento supõese os mesmos divididos igualmente pelas 2 baterias e o total ou parte do total de It deverá também ser dividido por 2 para o cálculo de I3. 7.CAPACIDADE DAS BATERIAS O cálculo da capacidade das baterias deverá ser realizado conforme norma ABNT-NBR Acumulador chumbo-ácido estacionário Diretrizes para dimensionamento, considerando-se o perfil de descarga descrito no item 4 e valores de I1, I2 e I3 calculadas no item 6 anteriores. 8.DIMENSIONAMENTO DOS CARREGADORES 8.1. Dados Básicos a) Corrente necessária solicitada pelos equipamentos de proteção e controle num período normal de trabalho. b) Corrente necessária à carga da bateria,após um período de emergência 8.2. Condições de Carga Normal Em situação normal de trabalho o conjunto retificador-bateria, trabalha em paralelo com a carga. Nesta condição o carregador deverá fornecer uma corrente aos equipamentos de proteção e controle que é igual ao consumo permanente (I2) mais uma parcela de corrente, denominada corrente de flutuação, necessária para manter a bateria carregada Emergência Após período de emergência, a bateria deverá ser recarregada com uma corrente de carga que pode variar de 0,10 a 0,20 x Cn. Para efeitos de nosso cálculo adotaremos 0,10 x Cn Fórmulas Para o dimensionamento do carregador serão utilizadas as seguintes fórmulas: I = I + I carregador permanente carga da bateria de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 9

10 OBS: O valor da corrente permanente que deverá ser adotada nesta fórmula é o valor de Ip, ou seja, deve-se considerar as cargas permanentes do barramento completo para garantirmos que numa eventual falha de um dos carregadores o remanescente seja capaz de atender o barramento de 125 Vcc completo. A parcela da corrente de carga da bateria é calculada pela fórmula: I c arga da bateria = onde: k x Cn t Cn = Capacidade nominal da bateria em regime de descarga de 5 horas; k = fator que depende do tipo de bateria, para baterias chumbo-ácidas adotar 1,1; t = Tempo total da carga ou recarga da bateria, adotar 10 horas. de Baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula e Carregadores 125 Vcc 10

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